行波效应在桥梁抗震性分析中的应用方法.docx

浅谈行波效应在桥梁抗震性分析中的应用方法李伟立余报楚（本文受辽宁省自然科学基金支持资助大连海洋大学Dalian Ocean University）摘要本文研究目的在于应用有限元软件MIDAS对于大跨度、大几何尺寸的结构物进行行波 效应的模拟，研究方法上采用MIDAS自带的地震波对某一桥梁的不同支承点采用不同相位 的地震波输入，查看特征点的位移随时间变化关系，结果上验证地震波在传播过程中对大跨 度结构不同点的影响具有差异性最终得出结论：对于跨越距离大的梁桥，由于波列传播波 速的有限性、相干性的损失，在实际工程中会对各个支承点有很大的差异性关键词：行波效应抗震性分析地震波The application method of the traveling waveeffect in the seismic analysis of bridgesAbstract:The purpose of this study is the finite element software MIDAS is used for large span and geometrie size structure of simulation of the traveling wave effect, Midas, bringing the earthquake wave on a bridge support point is adopted in the method of using a different phase of the seismic wave input, view the displacement of feature points over time changes, the results verify the seismic wave in propagation process of large-span structures at different points of the effect is different. Finally draws the conclusion: to cross the distance of the beam bridge, due to wave propagation velocity of Co., coherence loss. In practical engineering will have great difference of each supporting point.Keywords: Traveling wave effect Seismic analysis Seismic wave1. 引言现阶段考虑行波效应一般是采用非一致地震动分析方法，非一致地震动输入的确定性方 法主要是通过在结构物的不同支承点输入不同的地震波Ml,或者以某条波为基准在不同点进 行相位调整来模拟地震动的空间变化［2］。

本文采用MIDAS自带的 1940,EI Cen tro Site,270Deg地震波，行波法假定地震波沿着地面按一定的速度传播，波形 保持不变，只出现时间的滞后和振幅的衰减，并且将地震波的传播速度视为常数3】本次模 拟采用行波法，考虑对不同的支承点采用同一条地震波但是不同相位的输入，利用MIDAS自带的“多支座激励”方法，这也是当下大跨度桥梁结构的地震反应分析中最流行的方法之 一⑷2. 桥梁分析模型概况本文模型使用的是简化了的钢箱型桥梁模型，由主梁、横向联系梁和桥墩构成桥台部 分由于刚度很大，不另外建立模型只输入边界条件；基础部分假设完全固定，也只按边界条 件来定义桥梁的三维模型如图1所示，其基本数据如下：跨径：45 m + 50 m + 45 m = 140 m桥宽：11.4 m主梁形式：钢箱梁钢 材：GB(S) Grade3 (主梁)混凝 土： GB_Civil(RC) 30 (桥墩)图1.桥梁三维模型Fig.1 three-dimensional model of bridge主梁截面横向联系梁截面柱帽截面1L HJ.012桥墩截面R1.5图2.桥梁截面图Fig.2 sections of bridge3. 输入时程分析数据自带的1940,EI Centro Site,270Deg地震波，对于荷载时间设定地震波选取MIDAS50s，为了方便计算，设波速为50m/s，这样地震波通过桥梁跨中的时间为50/50=1s，利用 MIDAS自带的“多支座激振”功能进行时程分析［5］，对两支座设定地震波到达时间分别为 0s和1s,运行分析后，查看最终的桥梁位移图3所示：图3.桥梁时程分析后的变形图Fig.3 deformation chart of bridge time history analysis对于位移较大的第一边跨的跨中两节点1,2 （如图4）以及整个桥梁的跨中两节点3,4 进行分析，取横坐标为时间，纵坐标为选取的桥梁节点相对于地面的位移，其位移和时间的 关系可以利用MIDAS进行调用。

图4.桥梁特征点Fig.4 bridge feature points对于1节点，由图5可见，在10s左右达到最大位移，随后位移慢慢减小，甚至发生 了向下的位移，由于地震波是由桥梁左侧开始输入的，1,2节点明显会先于3,4节点达到最 大振幅时刻12.4412.9811.349.825012.51最小值-1.85E-10-1.00E-05-7.00E-04-2.34E-04-1.61E-04-1.09E-07时刻49.9149.5849.7211.411.3349.58表1节点1发生的位移最大值最小值以及发生位移的时刻Table I.The maximum displacement of the node 1 and the time of the displacement而对于与1节点处于同一水平坐标的2节点，其相对位移随时间变化的走向与1节点 大致相同，在振幅上有一些细微变化，这是由于在地震波输入的时候采取了x, y两个方向 ⑹位移/mD.002.?D.ilOll图6.桥梁受时程荷载后2节点位移I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I I Ic.non.^Fig. 6 displacement of 2 node after load of bridgeDXDYRXRZ1大值-T.85E-1049.913.94E-05戈 .63E-0518.96E-06r8.66E-071so12.9811.0749.8249.7312.51最小值-1.45E-09-1.00E-05-5.17E-04-2.33E-04-6.93E-05-1.08E-0712.4449.584711.410.8449.58表2.节点2发生的位移最大值最小值以及发生位移的时刻Table 2.The maximum displacement of the node 2 and the time of the displacement而对于跨中的位移随时间的关系如图7、图8所示，明显可以看到3,4节点的位移随时 间变化关系和1,2节点10s左右达到最大正位移有明显的不同，跨中节点在10s后才达到 最大负位移，由此对于桥梁这种大跨度的结构，必须考虑行波效应7］。

图7.跨中3节点的位移Fig.7 The displacement of the 3 node in a spandxDYDZRXRYRZ最大值1.17E-069.34E-065.18E-046.77E-042.90E-051.22E-07时刻49.9449.8449.7212.1349.8346.98最小值-1.20E-05-9.29E-05-3.28E-03-6.85E-05-2.69E-04-2.77E-07时刻12.412.4810.7949.9912.2314.46表3.节点3发生的位移最大值最小值以及发生位移的时刻Table 3.The maximum displacement of the node 3 and the time of the displacement30DXDYDZRXRYRZ最大值2.15E-049.34E-062.80E-036.78E-042.59E-051.23E-07时刻49.9549.8413.0212.1349.8746.98最小值-2.24E-03-9.29E-05-6.09E-04-6.87E-05-2.67E-04-2.89E-07时刻12.4112.482.5649.9912.2414.46表4.节点4发生的位移最大值最小值以及发生位移的时刻Table 4.The maximum displacement of the node 4 and the time of the displacement4. 结论分析由上图可见，由于行波效应，同一个地震波对于桥梁的不同部分的影响是完全不同的， 传统的分析方法采用的一致激励法⑹，对于跨度比较小的桥梁结构，忽略空间变化特性是能 够满足其抗震设计要求的［9】，本文的创新处在于采用了多点激励法，考虑了大跨度桥梁结构 空间变化特征的影响，不同支承处地震波的振幅和频率是不同的，同时考虑由于地震波传播 特性有一定的时间差（行波效应）的方式进行分析［10】。

运用此方法法对大结构物进行抗震性分 析十分简便有效，对于中国地震频发的近况有深远的意义［11】5. 参考文献［1］ 牛滨华孙春岩地震波理论研究进展一一介质模型与地震波传播地球物理学进展［M］ 2004-06-30;［2］ 何庆祥沈祖炎结构地震行波效应分析综述地震工程与工程振动［M］ 2009-02-15;［3］ 方圆李建中彭天波行波效应对大跨度多塔斜拉桥地震反应影响;振动与冲击［M］ 2010-10-25;［4］ 陈星烨余钱华大跨度桥梁的抗震分析与地震动输入中外公路［M］ 2001-08-30;⑸王克海李茜桥梁抗震的研究进展工程力学［M］ 2007-12-25;⑹ 王军文 张运波 李建中 地震动行波效应对连续梁桥纵向地震碰撞反应的影响 工程力学[M]2007- 11-25;[7] 武芳文薛成凤赵雷超大跨度斜拉桥考虑行波效应的地震动随机响应研究地震学报[J] 2010-03-15;[8] 张冰近场地震作用下框架与桥梁结构抗震分析[D]湖南大学2007-04-10;[9] 丁阳张笈玮李忠献行波效应对大跨度空间结构随机地震响应的影响 地震工程与工程振动[M]2008- 02-15;[10] 黄小国胡大琳 张后举 行波效应对大跨度连续刚构桥地震反应的影响 长安大学学报（自然科学版）[J] 2008-01-15;[11] 黄福伟许晓锋郑万山桥梁抗震加固技术现状及发展趋势公路交通技术[J] 2003-10-30。